Fyrir títan rörhitara sem settur er upp í beitutank túnfiskveiðiskips (sjór, 15 gráður til 40 gráðu hitauppstreymi, öldu-framkallaður titringur), hvaða veggþykkt þolir samsetta virkni öldu- titrings og saltsprungu tæringu?

Grunn málamiðlanir í hönnun títanhitara fyrir beitutanka í sjó
Sumir af erfiðustu stöðum fyrir dýfahitara að vinna eru um borð í túnfiskveiðiskipum. Beitutankurinn er fylltur með sjó í hringrás til að halda lifandi beitufiski heilbrigðum og þarf að hita hann úr 15 gráður (umhverfissjó) í 40 gráður til að flýta fyrir umbrotum beitu við undirbúning fyrir-veiðar. Titringur frá bylgjum ( 2-10 Hz, hröðun allt að 1,5 g) Sveigjanleiki vélar. Skipið titrar stöðugt. Títan rörhitarinn verður að geta staðist tvær bilunaraðferðir: vélræna þreytu frá titringi og sprungutæringu við stuðningsfestingar og uppsetningarflansa þar sem sjór safnast saman. Veggþykktin hefur áhrif á þessa tvo aðferðir í gagnstæðar áttir. Með því að auka veggþykktina eykst þversniðsstuðullinn og eykur viðnám gegn titringsþreytu og dregur úr skiptiálagi fyrir tiltekna sveigju. Hins vegar verður þykkari veggurinn heitari fyrir sama aflþéttleika sem flýtir fyrir tæringarhreyfifræði sprungunnar í erfiðu sjávarumhverfi. Einnig hafa þykkari veggir tilhneigingu til að þýða þrengri úthreinsun við stuðningsfestingar, sem getur í raun versnað sprunguskilyrði með því að draga úr súrefnisdreifingu. Veggþykktin sem valin er fyrir beitutank fyrir túnfiskskip er málamiðlun milli þessara áhrifa og æskilegs endingartíma 5 til 7 ára á milli viðhaldstímabila þurrkvíar.

Vélrænni heilindi við hringrásarálag frá titringsþreytu og bylgjum
Bylgjurófið af titringi í beitutanki túnfiskskips sýnir-bylgjusveiflur með lágum tíðni og mikilli amplitude sveiflur með hámarkshreyfingum upp á 2–5 mm á hitaraoddinum þegar hann er settur upp sem svigrúm. Fyrir 2. stigs títan rör með ytra þvermál D, veggþykkt t og óstudda lengd L, er hámarks varabeygjuspenna við fasta stuðninginn σ alt=E Dδ 2 L2 þar sem δ er sveigjan oddsins og E er teygjustuðullinn (105 GPa). Aukning á veggþykkt dregur ekki úr σ alt vegna þess að beygingin δ er sett af hreyfingu skipsins, ekki af stífleika hitara. Hins vegar eykst fjöldi lota þar til þreytubilun (S-N ferillinn fyrir 2. stigs títan í saltvatni) með minnkandi álagi til skiptis. Álagið er óháð veggþykkt. Það sem breytist er meðalálagið: þykkari veggur hefur meiri beygjustífleika sem eftir er, þannig að hann beitir meiri meðalþrýstiálagi á þjöppunarhlið beygjunnar. Meðalálag (vegna truflana á uppsetningarjöfnun) mælist með veggþykkt fyrir tiltekið sveigjusvið. Tilraunaupplýsingar um þreytu á 25 mm OD títanrörum sem verða fyrir herma -bylgjuhringi (3 Hz, ±3 mm sveigju) benda til þess að 1,0 mm veggur bili við burðarfestinguna eftir 8 × 10⁶ lotur (u.þ.b. 3 × 3 mánuðir af samfelldri æðaaðgerð), en 5 mm eftir samfellda æðaaðgerð. 10⁶ lotur (yfir 12 mánuðir). Hærri meðalálag í þykkari veggnum dregur í raun úr sveifluspennu amplitude, þar sem rörið er ónæmari fyrir beygju, sem dregur úr hámarks togspennu. Rannsóknir á endanlegum þáttum benda til þess að 1,5 mm veggur hafi 35% lægri toppspennu til skiptis en 1,0 mm veggur fyrir sömu sveigju, sem leiðir til um það bil 5-faldrar endurbóta á þreytulífi.

Áhrif hitauppstreymis: Þykkari veggir flýta fyrir tæringu sprungna
Sprungu tæringu á tengi stoðfestingarinnar í sjóbeitutanki (19.000 ppm klóríð, 15–40 gráðu hitauppstreymi, loftblandað) er háð hitastigi og súrefnisframboði. Fyrir dæmigerða sprungubil sem er 0,2 mm, er mikilvægur sprunguhiti (CCT) fyrir 2. stigs títan í náttúrulegu sjó um það bil 80 gráður. Sprungutæring hefst undir þessu hitastigi. Hins vegar er hitastig títanhúðaryfirborðsins ekki 40 gráður í gegnum 40 gráðu upphitunarferilinn. Við meðalaflþéttleika upp á 2,0 W/cm2 er ytra yfirborðið 5-10 gráður yfir hitastigi vatnsins vegna rafviðnáms í gegnum vegginn. Fyrir 1,0 mm vegg er hitastig yfirborðsins við 40 gráðu magn um 47 gráður - verulega undir CCT. Fyrir 2,0 mm vegg er yfirborðshiti um 55 gráður, enn minna en 80 gráður. Hvað veldur sprungutæringu? Vegna þess að í upphitunarhringnum eru klóríð einbeitt og staðbundið pH minnkað með uppgufun í munni sprungunnar. Sprunguhitastigið fyrir ræsingu er ekki magnhitastigið heldur staðbundið hitastig við sprunguoddinn, sem er 15-20 gráðum hærra en ytra yfirborðið vegna joule hitunar frá viðnámsvírnum og lélegrar kælingar í sprungunni. Fyrir 2,0 mm vegg er hitastig innri veggsins (í snertingu við MgO einangrunina) um 70 gráður og hiti sem fluttur er inn í stuðningsfestinguna getur hækkað sprunguoddinn í 65-75 gráður - hættulega nálægt CCT. Þynnri veggurinn (1,0 mm) leiðir til lægri innri veggshita undir 60 gráðum, sem heldur sprunguoddinum undir 70 gráðu þröskuldinum fyrir tæringu á sprungu. Vettvangsgögn frá beitutankum túnfiskskipa benda til þess að 1,0 mm títanhitarar fái sprungutæringu á stuðningsfestingum eftir 4-5 ár og 1,8 mm hitarar fá sprunguárás á allt að 18 mánuðum. Þetta er vegna þess að heitari innri veggurinn eykur sprunguhitastigið yfir CCT í hverri upphitunarlotu.

Samsetning skipta-af: Val á veggþykkt fyrir samsett álag
Fylkið hér að neðan sýnir ráðlagða þykkt títanveggs rörhitara sem settur er í beitutank túnfiskveiðiskips miðað við alvarleika titrings og hönnun stuðningsfestinga. Leiðbeiningarnar veita málamiðlun á milli þreytulífs og hættu á tæringu á sprungum í 5 ár miðað við endingartíma.

Alvarleiki titrings og burðarhönnun Veggþykkt (Gráður 2 Ti, 25 mm OD) Áætlaður þreytulíftími (bylgjuvöldum hringrás) Áætluð kjarnaverkfræðirök Tæringarlíf sprungu
Sterkur titringur (1,5 g, 5 mm sveigjanleiki á endanum, traust festing) 1,5 mm – 1,6 mm 5 – 7 ár ( Meira en eða jafnt og 30 × 10 6 lotur) 3 – 4 ár Þykkari veggur fyrir þreytuþol Sprungutæring er aukaatriði. Brekkaðu bilið með teygjuþéttingum. Skiptu um sviga á 3ja ára fresti
Miðlungs titringur (0,8g, 2 mm sveigjanleiki á oddinum, sveigjanleg festing með gúmmíhylki) 1,2 mm – 1,3 mm 5 – 6 ár 5 – 6 ár Vel jafnvægi hönnun. Sveigjanlegar festingar takmarka titringsflutning og leyfa þynnri vegg. Breitt bil PTFE sviga til að draga úr hættu á tæringu á sprungum. Best fyrir flesta túnfiskbáta.
Lítill titringur (rafdrifið ker, 0,3g, gúmmíaðskilinn tankur)1,0 mm – 1,1 mm 5-7 ár 6-8 ár Þunnur veggur lækkar sprunguhita. Einangrun sem veitir viðeigandi titringsþreytuþol. Best fyrir langan endingartíma með litlu viðhaldi.
Hvaða titringsstig sem er, en með ófullnægjandi tæmandi stuðningsfestingum (lárétt stefnu, vatn safnast saman við sprungu) Hvaða þykkt sem er (ekki mælt með því án endurhönnunar) < 2 ár fyrir hvaða þykkt sem er. Sprunguhönnun ræður ríkjum. Búðu til lóðrétta eða rifa sviga sem munu tæmast alveg. Vatn er staðnað, þannig að veggþykktin skiptir ekki máli.
Verkfræði handan veggsins: Hönnun krappi og titringseinangrun
Í beitutanki fyrir túnfiskbát er besta leiðin til að lengja líftíma títanhitara ekki bara að hámarka veggþykktina. Það eru tvær undirstöðuorsökin, sendur titringur og rúmfræði sprungunnar. Notkun sveigjanlegra festinga til að setja upp hitara-háhita kísillgúmmíhylki eða fjaðraeinangrunartæki-dregur úr beygingu á oddinum um 70 til 90 prósent, sem gefur í raun 1,0 mm vegg þreytuþol stífs-uppsetts 1,8 mm veggs. Venjulegum U-boltafestingum er skipt út fyrir opnar, raufarnar PTFE-stoðir til að koma í veg fyrir tæringu á sprungum með því að koma í veg fyrir vatnsfestingu. Rörið er stutt neðan frá með rifafestingu með þremur snertipunktum, sem leyfir 1–2 mm bil um mestan hluta ummálsins til að fá súrefnisaðgang að öllum flötum og koma í veg fyrir klóríðsöfnun-. Í þessari hönnun gefur 1,2 mm veggur riftæringarlíf í meira en 8 ár. Að auki er þunnt (50 µm) lag af sílikonfitu við stuðningsviðmótið notað við uppsetningu til að koma í veg fyrir að sjór komist inn í sprunguna fyrstu 12-18 mánuðina og brúar þannig upphafstímabilið þar sem óvirka kvikmyndin er viðkvæmust.

Ályktun: Besti meðalveggur (1,2-1,3 mm) með einangrun og opnum svigum
1,2–1,3 mm rörveggþykkt (fyrir 25 mm OD rör) er besta jafnvægið á milli mótstöðu gegn titringsþreytu og forvarnar gegn tæringu á sprungum fyrir títan rörhitara í beitutanki túnfiskveiðiskips sem er útsett fyrir sjó, 15–40 gráðu hitauppstreymi og titringur með opnum titringi og uppsettur titringur með opnum titringi. PTFE stuðningsfestingar. Þykkri veggir (Stærri en eða jafnt og 1,5 mm) auka endingartíma þreytu en auka einnig tæringu á rifum vegna hærra vinnsluhita sem veldur ótímabærri bilun á stoðum. Veggir sem eru þynnri (minna en eða jafnir og 1,0 mm) eru ónæmar fyrir tæringu á sprungum en brotna of snemma vegna þreytusprungna við dæmigerðan titring í skipinu. Veggþykkt og kerfishönnun skipta máli: 1,2 mm hitari á stífum festingum með þéttum U-boltafestingum mun bila hraðar en 1,0 mm hitari á einangrunarbúnaði með rifafestingum. Þegar hitarar eru tilgreindir fyrir beitutankaþjónustu á sjó eru lykilgögnin sem þarf að bjóða upp á væntanlegt titringsmagn á uppsetningarstaðnum (mm sveigjan á oddinum eða g-kraftur) og hönnun krappisins (tæming vs. Þessar upplýsingar gera framleiðandanum kleift að ákvarða lágmarksveggþykkt sem uppfyllir 5-ára markmiðið, og forðast bæði of-forskriftir (kostnaðarsamar, þykkir veggir sem eru líklegir til að-grýta) og undir-forskrift (þunnir veggir sem hætta er á þreytu).